磁流體發電機原理及應用

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1、咼二專題復習:磁流體發電機的原理及應用、考點精講磁流體發電機，又叫等離子發電機，是根據電磁感應原理，用導電流體，例如空氣或 液 體，與磁場相對運動而發電的一種設備。磁流體發電，是將帶電的流體（離子氣體或液 體） 以極髙的速度噴射到磁場中去，利用磁場對帶電的流體產生的作用，從而發出電來。下而簡單介紹一下磁流體發電機的原理和理想模型電動勢、電功率推導。如圖所示，在外磁場中的載流導體除受安培力之外，還會在與電流、外磁場垂直的 方向 上出現電荷分離，而產生電勢差或電場，稱其為霍爾效應。若載流導體為導電的流 體粒子， 以很髙的速度射入磁場，就可在兩極板間產生電動勢。從微觀角度來說，當一朿速度是v的 粒子

2、進入磁場強度為B的磁場一段時間后，粒子所受的電場力和洛倫茲力 相等Eq = BvqE = Bv這時，粒子進入磁場后不再發生偏轉，它所產生的電動勢 =Ed = Bvd這樣就形成了磁流體 發電機的原型。XXXXBXXXXE隠耐發電機示意圖利用下圖進行理想模型電動勢、電功率的推導。我們可以將運動的粒子可看成一根根切割磁力線的導電棒，根據法拉第電磁感應立律,會在棒 兩端產生動生電動勢，如下圖所示：XgXX X XBX X x .電動勢、電功率模型原理圖為了方便求解，假設在運動過程中不變，其中你是外界的推力，心是安培力。F =F =BId s = Bvd p A気二Kq“max二 刃泄和二BdKq當外接

3、電阻是心時，/=） 一 =Ri +r R+rL卩=FJqrl + 廠（心 + r） 2Rl-BV12R匕的 / 東南所以利用磁流體發電，只要加快帶電流體的噴射速度，增加磁場強度，就能提髙發 電機的功 率。1、例題精講例1:25、（20分）由于受地球信風帶和盛四風帶的影響，在海洋中形成一種河流稱為海流。海流中蘊藏著巨大的動力資源。據統計，世界大洋中所有海洋的發 電能力達109 kWo早在19世紀法拉第就曾設想，利用磁場 使海流 發電，因為海水中含有大量的帶電離子，這些離子隨海 流做左向運 動，如果有足夠強的磁場能使這些帶電離子向相反方向偏轉，便有可能發岀電來。目前，日本的一些科學家將計劃利用海流

4、2 磁流體發電機的電動勢E的大小;建造一座容量為1 500戚的磁流體發電機。如圖所示為一磁流體發電機的原理示意圖，上、下兩塊金屬板MN水平放程浸沒在海水里，金屬板而積均為S=IX10：m：，板間相距d二100 m海水的電阻 率P二0.25 Qm在金屬板之間加一勻強磁場，磁感應強度出0. 1T,方向由南向北，海水從東向西 以速度v二5皿/s流過兩金屬板之間，將在兩板之間形成電勢差。（1）達到穩左狀態時，哪塊金屬板的電勢較高？（2）由金屬板和海水流動所構成的電源的電動勢E及其內電阻r齊為多少？（3）若用此發電裝置給一電阻為20 Q的航標燈供電，則在8 h內航標燈所消耗的電能為多 少？解析：（1）由

5、右手泄則可知X板相當于電源的正極，故N板電勢高（4分）（2）E=Bdv=0. 1X100X5 V=50 V（4 分）d 0.25x100 r= PS= n 心（4 分）F50（3） 1 = -= At（4分）8小時航標燈消耗的電能E =It=3.6X106 J （4分）aR + r 20 + 0.25例2 磁流體發電是一種新型發電方式，圖2和圖3是其工作原理示意圖。圖2中的長方體 是發電導管，其中空部分的長、高、寬分別為/、0、b,前后兩個側而是絕緣體，下下兩個側而是 電阻可略的導體電極，這兩個電極與負載電阻相連。整個發電導管處于圖3中磁 場線圈產生的勻 強磁場里，磁感應強度為B,方向如圖所示

6、。發電導管內有電阻率為。的髙溫、髙速電離氣體沿導 管向右流動，并通過專用管道導出。由于運動的電離氣體受到磁場作用，產生了電動勢。發電導管 內電離氣體流速隨磁場有無而不同。設發電導管內電離氣體流速處處相同，且不存在磁場時電離氣 體流速為,電離氣體所受摩擦阻力總與流速成正比，發電圖3導管兩端的電離氣體壓強差維持恒泄，求：BLavbl回路中的電流/二設F為存在磁場時的摩擦阻力，依題意音弋，存在磁場叭由力的平衡得B2a2v電流I受到的圖2安培力abp = Fq + F根據上述各式解得=（3）磁流體發電機發電導管的輸入功率P = ub切 由能量守恒圧律得P = EI + Fv故：abvSpB加w （心+

7、晉）課堂練習1、由于受地球信風帶和盛行西風帶的影響，海洋中一部分海水做左向流動，稱為風海流，風海流中蘊藏著巨大的動力資源因為海水中含有大量的帶電離子，這些離子隨風海流做定向運 動，如果 有足夠強的磁場能使海流中的正、負離子發生偏轉，便可用來發電.西產東北圖為一利用風海流發電的磁流體發電機原理示意圖，用絕緣材 可以對料制成一個橫截面為矩形的管道，在管道的上、下兩個內表而裝有 航標燈供電，兩塊金屬板M、N,金屬板長為“，寬為b,兩板間的距離為，將管道沿風海流方向固左在風海流中，在金屬板之間加一水平勻強磁場，磁感應 強度大小為B,方向由 南向北，用導線將M、N外側連接電阻為/?的航標燈（圖中未畫出）

8、.工作時，海水從東向四流過管道，在兩金屬板之間形成電勢差，內海水的流速處處相同，且速率恒為V,海水的電阻率為，海水所受摩擦力與流速成正比，比例系數為化（1）求磁流體發電機電動勢E的大小，并判斷M、N兩板哪個 板電勢較高:（2）由于管道內海水中有電流通過，磁場對管逍內海水有力的 作用，求此力的大小和方向:（3）求在/時間內磁流體發電機消耗的總機械能.【解析】（1）磁流體發電機電動勢用左手立則判斷岀正離子向N板偏轉，因此N板的電勢髙（2）兩板間海水的電阻r = p賄賂中的電流1二abR + r 磁場對管道內海水的作用力F八BidabBUv abR + pd方向與v方向相反（水平向東）（3）在r時間內管道中海水移動的距離為在f時間內克服摩擦阻力的功w二kvs,克服磁場力做功w2=fs在f時間內磁流體發電機消耗的總機械能E二VVi+ VV2= （ +爲abR + pci（1）不存在磁場時電離氣體所受的摩擦阻力F多大；（3）磁流體發電機發電導管的輸入功率P。解析：（1）不存在磁場時，由力的平衡得F二abo（2）設磁場存在時的氣體流速為v,則磁流體發電機的電動勢E = Bciv